01
富煤贫油少气
中国，作为煤炭资源丰富的国家之一，其煤炭储量在全球范围内名列前茅，仅次于美国、俄罗斯和澳大利亚。据2020年测定，中国煤炭总储量高达1431亿吨。而从煤炭产量来看，中国更是稳坐世界榜首，统计数据显示，2020年的煤炭年产量达到了惊人的39.02亿吨。
这些丰富的煤炭资源主要分布在山西、内蒙古、陕西、新疆等省区，其中仅山西一省的煤炭产量就占据了全国总产量的三分之一以上，成为煤炭生产的重要基地。此外，中国的煤炭资源品质亦相当优良，特别是无烟煤，其储量近1130亿吨，居世界首位，且分布广泛，涵盖了全国20个省区的不同区域。
在建国之前，煤炭发电凭借其经济高效、实用性强，以及燃料易于获取的特性，得到了广泛的建设和发展。自1882年英国人在上海乍浦路建立首个火电厂起，火电就成为中国电力供应的主要支柱，长期担任着能源领域的“定海神针”，是中国能源体系的中坚力量。当抗日战争爆发时，尽管中国的总发电量仅超过100万千瓦，相对于庞大的人口而言微不足道，但在当时的历史背景下，这一成就已属难能可贵。
全国解放后，新中国成立之际，电力工业被置于社会主义现代化建设的核心位置，得到了迅猛的发展。鉴于火电技术的相对成熟、成本效益高和原料的丰富性，火电成为优先发展的领域，国家明确提出“以火电为主，水电为辅”的发展方针。在“一五”计划期间，苏联援助的156个重点项目中，有24个是电力工程项目，其中高达23个为火电站，这一举措进一步巩固了火电在中国能源结构中的主导地位。
改革开放之后，中国的火电建设引入了国外的先进技术，同时开放电站的建设权、经营权，大力开发开采山西、内蒙古的煤矿并建设了一系列坑口电站，在优良的政策与先进的技术下，中国的火电发电量突飞猛进，也取得了辉煌的成绩。
02
灵活调峰
相较于水电、核电以及新能源，火电拥有一项鲜为人知的优势：卓越的调峰性能。电力供应的即时性要求我们根据需求来调整发电量，实现供需平衡。若调峰性能不佳或发电量不足，当电力需求激增时，便不得不采取拉闸限电的措施。为了确保电网的稳定运行，发电厂必须能够灵活调节发电量（即调峰）。
其他能源在调峰性能上往往存在不足。在电力供应紧张的情况下，火电以其可随时增减出力的特性，扮演了至关重要的“消防员”角色，为电网的稳定运行提供紧急支持。
尽管核电也具备一定的调峰能力，但这可能会对其稳定运行产生不利影响。核电在额定容量下运行最为高效、经济，且操作简便。因此，国际上多数核电机组主要以基荷运行为主。在我国，核电机组仅在恶劣天气等特殊时段，根据电网调度协议参与调峰。全球范围内，仅有核电占比较高且缺乏火电资源的国家，如法国、英国等，才会依赖核电进行调峰。然而，这种做法的代价也相当显著，这些国家的核电机组平均年非计划性停堆（如故障、检修等）的小时数远高于以核电作为基底负荷的美国、韩国和中国等国家。
谈及新能源，其不稳定性尤为显著。通过计算其一定时间内平均出力与装机量的比值，即同时率——这一衡量新能源发电机组效率的指标，我们不难发现新能源的出力波动极大。全年来看，其同时率在4%至46%之间浮动，且效率低于15%的时间占据了全年的一半。
以实际例子为证，中国北方地区风电的发电效率在一天内便可经历巨大的波动，涨幅甚至可达十倍。今年夏天，东北地区遭遇罕见的无风天气，风电因此几乎无法发电，新能源出力骤降至10%以下，导致东北电网的频率一度降至49.5Hz（正常值为50Hz）。若这种情况持续超过10分钟，东北地区的电网将面临崩溃的风险。
在这种紧急情况下，由于东北地区火电装机容量的减少（当时火电装机仅为8000万千瓦，而夏季负荷接近7000万千瓦），不得不采取拉闸限电的措施以应对电力短缺。这充分说明了过度依赖新能源可能带来的严重后果。
此外，新能源在夏季的发电量通常较少，而夏季又是用电高峰时段，这种供需不平衡的现象也进一步加剧了电力调度的难度。
03
成本更低廉
对于像中国这样的发展中国家，火电因其低廉的成本特性，使得其在中国能源结构中的地位难以动摇。根据世界核协会经济小组的研究，火电被公认为成本最低的电力生产方式。美国1995年至2013年的数据显示，核电与火电的发电成本相近，每千瓦成本均低于4美分，而相比之下，石油和天然气等能源的发电成本则持续攀升，高达20美分左右。
石油和天然气的价格极易受到国际市场波动的影响，其剧烈的价格变动直接关联到重油发电和天然气发电的电价。特别是燃料成本，往往占据了这些能源发电总成本的70%至80%。美国在2010年后之所以在全球范围内积极推广天然气发电，主要是基于其本土页岩气资源的大规模发现和产量的持续上升，导致本土天然气价格下跌，从而推动了天然气燃气轮机发电技术的广泛应用。
然而，中国的情况则有所不同。尽管我们在2004年在广东惠州建立了采用先进技术的大型LNG电厂，作为中国早期零排放电厂的典范，但由于国内天然气资源供应的局限性，我们不得不依赖从澳大利亚进口天然气。这导致了随着国际气价的上涨，该电厂的发电成本也相应增加，体现了火电在成本稳定性上的优势。
04
新时期，新目标
首先，中国燃煤发电技术已步入先进行列，经过对低碳燃煤发电技术的深度研发，目前燃煤发电在中国的碳排放已非显著。在火电产业中，控制二氧化碳排放的关键技术涵盖清洁煤电、碳捕捉与封存（CCS）技术，以及中国领先的超临界和超超临界机组发电技术。CCS技术旨在将二氧化碳从工业排放源如电厂中分离，经过富集、压缩并运送到特定地点进行地下封存，从而实现二氧化碳与大气长期隔离，是实现化石能源使用近零排放的关键技术之一。中国已全面掌握该技术，并在鄂尔多斯由神华集团成功实施了全亚洲首个全流程CCS项目，积累了宝贵的经验。
另一方面，超临界技术通过优化锅炉内部参数，如提高水温、压力等，使燃煤燃烧更为彻底，大幅提升了发电效率和经济性。该技术将传统技术的供电效率从35%提升至45%，同时碳排放相较于传统火电降低了35%。
值得注意的是，大容量、高参数的火电机组在节能环保方面具有显著优势。相比之下，小火电机组的能耗高、碳排放水平也高。具体来说，小火电机组每产生1kWh的电量，比大机组多消耗煤30%至50%。因此，我国早在“十一五”规划期间就已关停了超过7600万千瓦的小火电，并在后续的两个五年计划中进一步关停和改造了超过6亿千瓦的小火电。未来新建的机组将主要是单机容量超过600兆瓦的超大型机组，或是更为先进的超临界和超超临界机组。
令人欣慰的是，火电的能源来源并非仅限于燃煤。实际上，它同样能够利用天然气、石油乃至生物质能进行发电。在迈向碳达峰、碳中和目标的过渡时期，煤电发挥着另一重要作用——解决散烧问题。具体而言，通过热电联产的方式，散煤得到有效转化，为电能所利用，这不仅极大地提高了煤炭的能源效率，而且显著改善了当地环境质量。
此外，在过渡阶段，煤电与污染物控制技术的结合也值得探讨。例如，将污水处理后的活性污泥（它并非我们常见的无机质泥，而是难以自然干化且干化过程易污染环境的物质）与燃煤电厂的燃料掺烧发电，成为了一种既有效又环保的处理方法。
尽管火电作为电力的重要来源不可或缺，但其作用只有在与其他能源类型相互补充和配合下才能得以充分发挥。未来中国的能源结构演变固然难以预测，但有一点可以确定，火电在其发展历程中已到达顶峰，并将逐步被更多元化的能源结构所取代。
